高效低阻空气过滤材料的制备及性能研究

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在高温烟气过滤材料的实际使用中,常规针刺滤料依靠惯性碰撞、拦截、扩散等方式对粉尘进行拦截等深层过滤,过滤效率普遍较低,清灰次数多,滤料寿命短;覆膜滤料则依靠薄膜的微孔结构进行表面过滤,而且由于PTFE本身的不粘性,粉尘极易滑落,过滤效率高,清灰次数较少,滤料寿命得到延长,但存在过滤阻力大,高温烟尘在高速作用下击穿薄膜,使薄膜产生破洞进而影响过滤效率的情况;梯度滤料则利用超细纤维层细小的纤维空隙对粉尘进行拦截,过滤效率高,过滤阻力小,清灰次数较少,应用效果较好,但存在着原料使用增多,成本上升的问题。泡沫涂层技术是一种将空气或者CO2注入涂层乳液中,经发泡设备搅拌,使乳液高倍发泡成均匀、稳定、细腻的泡沫状态后再将其施加到纺织品表面,经烘干、轧光、烘焙成膜后附着于纺织品表面的涂层加工过程。采用泡沫涂层一方面可以最大程度的减少涂覆量,降低涂层乳液用量,减少热定型烘燥时间和烘燥成本,另一方面可以利用泡沫涂层泡沫破裂时产生的微孔,对粉尘起到表层过滤作用,在保证一定过滤效率的同时大大减少过滤阻力,使清灰次数减少,滤料寿命延长。本课题首先研究了常规针刺过滤材料生产中针刺深度与针刺密度对其透气性能和断裂强力的影响,依此确定最佳针刺工艺,并测试了最佳工艺下的过滤阻力与过滤效率;然后研究了覆膜滤料生产中粘合剂涂布量、覆膜温度、覆膜速度与覆膜压强对其透气性能的影响,确定最佳覆膜工艺,测试了最佳工艺下覆膜滤料的过滤阻力与过滤效率。在此基础上,针对常规针刺过滤材料过滤效率低,覆膜滤料过滤阻力大的矛盾,制备了高温针刺过滤材料用的泡沫乳液,研究了发泡剂、稳泡剂、烘焙温度、烘焙时间、成膜剂、PTFE乳液、搅拌速度等对过滤材料透气性能的影响,通过单因子分析方法从中优选出了最佳工艺。在最佳工艺配方条件下,通过扫描电镜测试、过滤效率与过滤阻力测试、DSC测试、FTIR测试等方法,分析泡沫涂层乳液的相关物理及化学性质。实验结果如下:最佳针刺工艺(预刺(针刺密度为93.8刺/cm~2、针刺深度为15mm),主刺(针刺密度为500刺/cm~2、针刺深度为8mm),修面(针刺密度为500刺/cm~2、针刺深度为4.5mm))下常规滤料的平均过滤效率约为44.4%,平均过滤阻力为36.36Pa(美国DOP0.3μm效率)。经过覆膜滤料生产工艺参数的研究,从中优选出最佳工艺为:粘合剂涂布量为20g/cm~2,压辊温度270°C,覆膜速度为4m/min,覆膜压强为3kg/cm~2。在最佳工艺条件下,测试覆膜滤料的平均过滤效率约为92.4%,平均过滤阻力为362.1Pa(美国DOP0.3μm效率)。当泡沫涂层剂中PTFE乳液的含量为20%,有机硅改性丙烯酸酯的含量为25%,羟乙基纤维素钠的含量为1.0%,羟丙基甲基纤维素的含量为0.3%,十二烷基硫酸钠的含量为2.0%,焙烘温度为140℃,焙烘时间为5min时,得到的泡沫涂层滤料的透气性能最佳。发泡涂层试验样品平均过滤精度(美国DOP0.3μm效率(%))达到64.8%。过滤压强最低达到96Pa,泡沫涂层的微孔膜熔融峰达到350℃,具有良好的耐高温性能。与常规滤料和覆膜滤料相比,泡沫涂层滤料的过滤效率优于常规滤料而低于覆膜滤料,泡沫涂层滤料的过滤阻力大于常规滤料而低于覆膜滤料,泡沫涂层过滤材料在过滤效率与过滤阻力之间实现了较好的兼顾,实现了实际应用中效用的最大化。本课题对泡沫涂层用作过滤材料进行了探索性的研究,有助于开发出新型的高效低阻的针刺过滤材料,丰富现有针刺过滤材料的过滤机理与方式,开发泡沫涂层针刺过滤材料的市场具有一定的借鉴参考作用。
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